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智能家居、物聯(lián)網(wǎng)的概念逐漸深入人心，越來越多的用戶希望自己能用電用得清楚、用得安全。可測量電器能耗等參數(shù)的節(jié)能環(huán)保智能插座，正成為家庭的新寵。本文介紹一種基于芯海科技有限公司CSE7759電能計(jì)量芯片的計(jì)量插座設(shè)計(jì)方案，該方案能夠測量用電設(shè)備電壓、電流、功率、電量等用電參數(shù)，并配備LCD顯示，通過按鍵可切換LCD顯示的用電參數(shù)。該方案同時(shí)具備功率超額自動切斷電源的功能。 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 計(jì)量插座硬件電路主要包括：電能計(jì)量、MCU控制、液晶驅(qū)動、繼電器控制、電源穩(wěn)壓電路，如下圖所示。 二、詳細(xì)設(shè)計(jì) 2.1、電能計(jì)量電路 電壓采樣采集的是零線上的信號，CSE7759電壓采樣輸入引腳最大輸入信號為±700mV，通過1M和1K電阻網(wǎng)絡(luò)分壓輸入信號約為220mV，符合輸入要求。電流采樣通過采集火線上的電流完成，電流通過錳銅電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，CSE7759電流輸入引腳最大輸入差分信號為±43.75mV，理論上采樣信號越大測量精度越高但錳銅采用電阻選取得太大又會造成功耗過大，具體選值可參考下表。 2.2、脈沖計(jì)數(shù) 電壓、電流信號進(jìn)過CSE7759轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸出，CF引腳輸出脈沖頻率指示有功功率值，CF引腳輸出脈沖頻率當(dāng)SEL引腳為高電平，指示電壓有效值，當(dāng)SEL引腳為低電平指示電流有效值。MCU通過定時(shí)一定時(shí)間，對CF、CF1輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，算出脈沖頻率，再通過公式(1)、(2)、(3)可以計(jì)算出對實(shí)際數(shù)值。以電壓計(jì)算為例，假設(shè)測量電壓值為U，測得脈沖頻率FU=1260Hz，則有：1260Hz=(U/1001×2)/2.43V×3579000Hz/512，算得U=219.2V.另外CSE7759電壓、電流有效值在500：1范圍內(nèi)精度達(dá)到±0.5%，有功功率在1000：1范圍內(nèi)精度達(dá)到±0.2%，完全能滿足一般用電設(shè)備參數(shù)測量。 注：V1、V2分別為電壓、電流采樣信號，F(xiàn)soc為內(nèi)置晶振，3.579MHz，Vref為內(nèi)置基準(zhǔn)電壓，2.43V. 2.3、計(jì)量校正 由于器件之間的差異，每一款計(jì)量插座參數(shù)不可能完全一樣，所以就涉及到計(jì)量校正問題。下面以電壓校正為例介紹校正方法。 ①添加標(biāo)準(zhǔn)電壓U=220V，根據(jù)公式Fu=(V1×2)/Vref×Fosc/512，算得輸出脈沖理論值為Fu=1264.5Hz. ②測量計(jì)量電路CF1輸出脈沖頻率，假如Fu‘=1000Hz，與理論值比值L≡1264.5/1000=1.2645. ③將L存入EEPROM內(nèi)，在實(shí)際測試過程中，測得電壓脈沖頻率為F，那么經(jīng)過校正應(yīng)為F‘=F*L，再根據(jù)公式(1)可算出實(shí)際電壓值。 三、總結(jié) 基于CSE7759的計(jì)量插座能滿足測量日常家電用電參數(shù)的需求。另外，CSE7759具有小體積(SOP8封裝)、內(nèi)置振蕩器、外圍電路簡單、精度高、低功耗(工作電流<3mA)等優(yōu)點(diǎn)，是智能插座及家電計(jì)量模塊中電能計(jì)量芯片的不錯選擇。 |
